基于石墨烯層的微熱壓模具快速熱循環(huán)技術研究.pdf

1、近年來，電子、光學、醫(yī)療、生物等領域?qū)ξ⒅破泛臀⒘慵男枨蟠蠓黾?，微結構加工技術得以快速發(fā)展，以滿足產(chǎn)品微型化要求。微熱壓法在微結構加工領域得到了廣泛應用。目前，微熱壓大規(guī)模生產(chǎn)的主要制約因素在于熱壓循環(huán)時間，通常為10分鐘或者更長，因此迫切需要對模具變溫技術深入研究，以實現(xiàn)模具快速加熱冷卻，進而有效縮短循環(huán)時間。
　　在本研究中，利用新型材料石墨烯層極高的導熱性和導電性及表面粗糙度低等特性，設計改進傳統(tǒng)微熱壓方式，在含有微結構

2、的模具表面鍍石墨烯層，研究其溫升效果，實現(xiàn)微熱壓快速加熱和冷卻。本研究針對微熱壓快速熱循環(huán)的主要研究內(nèi)容如下:
　　1、選擇硅材料作為模具基底，設計面密度大的密集型微流道結構。在硅模具上表面采用化學氣相沉積(CVD)的方法鍍石墨烯層。之后對加工成的石墨烯層做光鏡測試、拉曼光譜測試，觀察加工質(zhì)量。對硅模具上石墨烯層溫度特性分別進行模擬研究。模擬表明石墨烯層升降溫速度與電壓及鍍層厚度有關，電壓越高、鍍層越厚，升溫速率越快。
　　

3、2、搭建微熱壓模具熱循環(huán)實驗裝置，包括大功率直流電源、溫度采集裝置、硅材料模具、熱電偶，進行溫度均勻性及升降溫特性研究。使用便攜式紅外熱像儀EA20IR測量硅模具表面溫度分布均勻程度。之后分別對無石墨烯層及有石墨烯層的硅模具進行加熱實驗，對比石墨烯層對加熱結果的影響。
　　3、分析聚合物材料流變機理，材料性質(zhì)與溫度、時間的關系;選擇合適的聚合物數(shù)值模擬模型，使用DEFORM2D進行聚合物流動模擬，采用對稱結構簡化模擬計算，分析占空

4、比、下壓量、應力、應變、流動速度、聚合物片厚度等隨微熱壓成型影響變化。
　　4、搭建快速熱循環(huán)微熱壓實驗臺，設計四因素三水平正交實驗，熱壓溫度設為110℃、120℃、130℃，電壓水平設為40V、50V、60V，熱壓機電機輸出設為5％、10％、15％，尺寸（間距/寬度）設為80μm、110μm、140μm。研究分析各影響因素對微熱壓成型效果的影響。
　　本研究設計改進傳統(tǒng)微熱壓方式，實現(xiàn)微熱壓快速加熱和冷卻。這種新型微結構加